Références - Faculté des sciences et de génie
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Références TABLES DES MATIÈRES DE LIVRES BENSON, Harris (1993). Physique I : mécanique, Saint-Laurent, Éditions du Renouveau Pédagogique, Inc., 428 p. Table des matières 1 1.1 1.2 1.3 Introduction .............................................................................1 Qu'est-ce que la physique? ................................................................... 1 Notions, modèles et théories ................................................................ 2 Les notions .................................................................................................. Les lois et les principes................................................................................... Les modèles................................................................................................. Les théories................................................................................................. 3 3 3 4 Les unités ....................................................................................... 5 Masse......................................................................................................... Temps ........................................................................................................ Longueur..................................................................................................... Les unités dérivées ........................................................................................ La conversion des unités.................................................................................. 5 5 6 6 6 1.4 La notation en puissances de dix et les chiffres significatifs............................ 7 1.5 L'ordre de grandeur ........................................................................... 8 1.6 L'analyse dimensionnelle ..................................................................... 9 1.7 Les référentiels et les systèmes de coordonnées ......................................... 9 Aperçu historique Théorie géocentrique et théorie héliocentrique........................ 13 La révolution copernicienne ............................................................................ 13 2 Les vecteurs ........................................................................... 16 2.1 2.2 Scalaires et vecteurs ........................................................................ 16 L'addition des vecteurs ..................................................................... 18 2.3 Composantes et vecteurs unitaires ....................................................... 19 2.4 2.5 Le produit scalaire........................................................................... 22 Le produit vectoriel ......................................................................... 23 3 La cinématique à une dimension ................................................. 31 La soustraction des vecteurs............................................................................ 19 Les vecteurs unitaires.................................................................................... 21 3.1 La cinématique de la particule ............................................................ 3.2 Le déplacement et la vitesse .............................................................. 3.3 La vitesse instantanée ...................................................................... 3.4 L'accélération ................................................................................ 3.5 L'utilisation des aires........................................................................ 3.6 Les équations de la cinématique à accélération constante ........................... Aperçu historique La chute des corps .......................................................... 3.7 La chute libre verticale..................................................................... 3.8 La vitesse limite ............................................................................. Sujet connexe Les effets physiologiques de l'accélération .................................. BENSON. Physique I : mécanique 31 31 33 35 37 38 41 42 45 46 1 Tables des matières de livres 4 4.1 4.2 L'inertie et le mouvement à deux dimensions................................. 55 La première loi de Newton ................................................................. 55 Le mouvement à deux dimensions ........................................................ 57 Accélération constante .................................................................................. 58 4.3 Le mouvement d'un projectile ............................................................. 4.4 Le mouvement circulaire uniforme ....................................................... 4.5 Les référentiels d'inertie ................................................................... 4.6 La vitesse relative ........................................................................... 4.7 La transformation de Galilée .............................................................. 4.8 Le mouvement circulaire non uniforme .................................................. Aperçu historique L'élaboration de la notion d'inertie ....................................... Sujet connexe Les projectiles réels............................................................. 58 62 64 65 67 68 69 71 Le lancer du poids ........................................................................................ 71 La résistance de l'air ..................................................................................... 71 Les obus d'artillerie et les engins balistiques ....................................................... 71 Les effets de la rotation................................................................................. 72 5 Dynamique de la particule - partie I ............................................. 80 5.1 La force et la masse ......................................................................... 81 5.2 5.3 La deuxième loi de Newton ................................................................ 83 Le poids ....................................................................................... 84 5.4 5.5 5.6 La troisième loi de Newton................................................................. 86 Applications des lois de Newton ........................................................... 87 Le poids apparent............................................................................ 92 6 Dynamique de la particule - partie II ...........................................100 6.1 6.2 6.3 La masse .................................................................................................... 82 La masse et le poids...................................................................................... 85 Le frottement ............................................................................... 100 Frottement statique et frottement cinétique .....................................................101 La dynamique du mouvement circulaire ................................................ 103 Les orbites de satellites ................................................................... 107 « Apesanteur » en orbite...............................................................................108 6.4 Le mouvement dans un milieu résistant................................................. 108 6.5 Les référentiels non inertiels ............................................................. 109 Résistance proportionnelle à v ........................................................................108 Résistance proportionnelle à v2 .......................................................................109 La force centrifuge ......................................................................................110 La force de Coriolis......................................................................................111 Le pendule de Foucault.................................................................................112 Les projectiles............................................................................................112 Les conditions météorologiques.......................................................................113 Sujet connexe Le phénomène de frottement................................................. 114 Effets de glissement adhérent ........................................................................114 Neige et glace ............................................................................................114 Le frottement de roulement ..........................................................................115 7 Travail et énergie ...................................................................124 7.1 Le travail effectué par une force constante ............................................ 125 7.2 Le travail effectué par une force variable dans une dimension ..................... 128 Travail négatif et travail effectué par frottement ...............................................126 Travail effectué par la force de gravité.............................................................127 BENSON. Physique I : mécanique 2 Tables des matières de livres Le travail effectué par un ressort ....................................................................128 Le travail en tant qu'intégrale de Fx .................................................................129 7.3 Le théorème de l'énergie cinétique en une dimension................................ 130 7.4 La puissance ................................................................................. 132 7.5 Le travail et l'énergie en trois dimensions .............................................. 133 Sujet connexe L'énergie et l'automobile ...................................................... 142 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 La conservation de l'énergie......................................................144 L'énergie potentielle ....................................................................... 145 Énergie potentielle et travail extérieur.............................................................145 Les forces conservatives ................................................................... 146 L'énergie potentielle et les forces conservatives ...................................... 147 Les fonctions énergie potentielle ........................................................ 148 Énergie potentielle gravitationnelle (près de la surface de la Terre).........................148 Énergie potentielle d'un ressort ......................................................................148 La conservation de l'énergie mécanique ................................................ 149 La gravitation ............................................................................................149 Les ressorts ...............................................................................................150 L'énergie mécanique et les forces non conservatives ................................. 153 Force conservative et fonction d'énergie potentielle ................................. 155 Les diagrammes d'énergie ................................................................. 156 Énergie potentielle, vitesse de libération............................................... 157 L'énergie mécanique ....................................................................................158 La vitesse de libération.................................................................................159 8.10 Généralisation du principe de conservation de l'énergie ............................. 160 9 La quantité de mouvement .......................................................168 9.1 9.2 La quantité de mouvement................................................................ 168 La conservation de la quantité de mouvement......................................... 169 Types de collision........................................................................................171 Aperçu historique Robert Goddard et les premières fusées................................ 173 9.3 Les collisions élastiques à une dimension ............................................... 175 9.4 L'impulsion................................................................................... 176 9.5 Comparaison entre la quantité de mouvement et l'énergie cinétique .............. 178 9.6 Les collisions élastiques à deux dimensions ............................................ 178 9.7 La propulsion d'une fusée.................................................................. 179 Aperçu historique Les chocs et la relativité galiléenne..................................... 181 10 Les systèmes de particules ........................................................190 10.1 Le centre de masse......................................................................... 190 10.2 Le centre de masse d'un corps solide .................................................... 193 10.3 Le mouvement du centre de masse ...................................................... 194 10.4 L'énergie cinétique d'un système de particules ........................................ 198 Aperçu historique L'équivalence masse-énergie, E = mc2 ....................................... 197 10.5 Le théorème de l'énergie cinétique pour un système de particules................. 198 L'équation du centre de masse ........................................................................198 10.6 Le travail effectué par frottement....................................................... 199 Chaleur ....................................................................................................199 10.7 Les systèmes de masse variable .......................................................... 200 Poussée d'une fusée .....................................................................................200 BENSON. Physique I : mécanique 3 Tables des matières de livres 11 Rotation d'un corps rigide autour d'un axe fixe ..............................207 11.1 La cinématique de rotation ............................................................... 207 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8 11.9 12 Roulement.................................................................................................210 Énergie cinétique de rotation et moment d'inertie.................................... 211 Moments d'inertie des corps solides...................................................... 213 Conservation de l'énergie mécanique incluant l'énergie de rotation................ 214 Le moment de force........................................................................ 215 Étude dynamique du mouvement de rotation d'un corps rigide (axe fixe) ......... 217 Travail et puissance ........................................................................ 220 Étude dynamique du frottement de roulement ........................................ 220 La nature vectorielle de la vitesse angulaire ........................................... 221 Moment cinétique et équilibre statique .......................................233 12.1 Le vecteur moment de force.............................................................. 233 12.2 Le moment cinétique ...................................................................... 234 Mouvement rectiligne...................................................................................234 Mouvement circulaire...................................................................................235 Système de particules...................................................................................235 12.3 La dynamique de rotation ................................................................. 236 Système de particules...................................................................................237 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 La conservation du moment cinétique................................................... 238 Les conditions d'équilibre statique ....................................................... 241 Le centre de gravité........................................................................ 241 L'équilibre dynamique...................................................................... 244 Spin et moment cinétique orbital ........................................................ 245 Dynamique de rotation .................................................................................245 12.9 Le mouvement gyroscopique.............................................................. 246 Sujet connexe Pirouettes et sauts périlleux .................................................. 248 13 La gravitation.........................................................................261 13.1 La loi de la gravitation de Newton ....................................................... 262 13.2 Masse gravitationnelle et masse inertielle.............................................. 263 13.3 Le champ gravitationnel ................................................................... 265 Accélération due à la gravité..........................................................................266 13.4 Les lois de Kepler et le mouvement des planètes ..................................... 266 Énergie sur une orbite elliptique .....................................................................267 Trajectoires liées et trajectoires non liées.........................................................268 13.5 Les distributions continues de masse .................................................... 269 Aperçu historique Les circonstances de la publication des Principia ..................... 271 Sujet connexe Les marées....................................................................... 273 14 Solides et fluides ....................................................................280 14.1 La densité.................................................................................... 280 14.2 Les modules d'élasticité ................................................................... 281 Module de Young.........................................................................................282 Module de rigidité .......................................................................................283 Module de compressibilité .............................................................................283 14.3 La pression dans les fluides ............................................................... 284 Variation de pression avec la profondeur dans un liquide .......................................285 Le principe de Pascal....................................................................................286 BENSON. Physique I : mécanique 4 Tables des matières de livres Mesure de la pression ...................................................................................286 14.4 La principe d'Archimède ................................................................... 287 La stabilité des bateaux ................................................................................288 14.5 L'équation de continuité ................................................................... 288 14.6 L'équation de Bernouilli.................................................................... 290 15 15.1 15.2 15.3 15.4 Les oscillations .......................................................................300 L'oscillation harmonique simple .......................................................... 301 Le système bloc-ressort.................................................................... 303 L'énergie dans un mouvement harmonique simple .................................... 305 Les pendules................................................................................. 306 Le pendule simple .......................................................................................306 Le pendule composé.....................................................................................307 Le pendule de torsion...................................................................................308 15.5 Les oscillations amorties................................................................... 309 15.6 Les oscillations forcées .................................................................... 310 16 Température, dilatation thermique et loi des gaz parfaits ................319 16.1 16.2 16.3 16.4 16.5 16.6 La température ............................................................................. 319 Les échelles de température.............................................................. 320 Le principe zéro de la thermodynamique ............................................... 321 L'équation d'état d'un gaz parfait ........................................................ 322 Le thermomètre à gaz ..................................................................... 324 La dilatation thermique.................................................................... 325 17 Le premier principe de la thermodynamique.................................331 17.1 La chaleur spécifique ...................................................................... 332 La méthode des mélanges..............................................................................333 17.2 La chaleur latente .......................................................................... 334 17.3 L'équivalent mécanique de la chaleur ................................................... 335 17.4 Le travail en thermodynamique .......................................................... 337 Processus isobare ........................................................................................338 Processus isotherme (gaz parfait) ....................................................................338 17.5 Le premier principe de la thermodynamique........................................... 339 17.6 Applications du premier principe de la thermodynamique ........................... 340 (a) Système isolé.........................................................................................340 (b) Processus cyclique...................................................................................341 (c) Processus isochore (à volume constant) .........................................................341 (d) Processus adiabatique ..............................................................................341 (e) Détente libre adiabatique .........................................................................341 17.7 Les gaz parfaits ............................................................................. 342 Chaleurs spécifiques ....................................................................................342 Processus quasi statique adiabatique ................................................................343 17.8 La vitesse du son............................................................................ 345 17.9 La transmission de chaleur ................................................................ 345 Conduction ................................................................................................345 Convexion .................................................................................................346 Rayonnement .............................................................................................347 18 La théorie cinétique ................................................................355 18.1 Le modèle d'un gaz parfait ................................................................ 355 BENSON. Physique I : mécanique 5 Tables des matières de livres 18.2 18.3 18.4 18.5 L'interprétation cinétique de la pression................................................ 356 L'interprétation cinétique de la température .......................................... 358 Les chaleurs spécifiques d'un gaz parfait ............................................... 359 L'équipartition de l'énergie................................................................ 361 Les limites de l'équipartition ..........................................................................362 Solides .....................................................................................................362 18.6 La distribution des vitesses de Maxwell-Boltzmann.................................... 363 Le facteur de Boltzmann ...............................................................................364 18.7 Le libre parcours moyen ................................................................... 364 18.8 L'équation de Van der Waals; les diagrammes de phase .............................. 365 Diagrammes de phases..................................................................................366 19 L'entropie et le deuxième principe de la thermodynamique .............371 19.1 Les moteurs thermiques et l'énoncé de Kelvin-Planck ................................ 373 19.2 19.3 19.4 19.5 L'énoncé du deuxième principe de Kelvin-Planck ..................................................374 Les réfrigérateurs et l'énoncé de Clausius du deuxième principe ................... 374 L'équivalence des énoncés de Kelvin-Planck et de Clausius .......................... 375 Les processus réversibles et irréversibles ............................................... 376 Le cycle de Carnot.......................................................................... 376 Rendement du cycle de Carnot........................................................................377 Théorème de Carnot ....................................................................................378 19.6 Le moteur à essence (cycle d'Otto) ...................................................... 379 19.7 L'entropie .................................................................................... 381 (a) Processus réversible (gaz parfait)................................................................383 (b) Détente libre adiabatique (gaz parfait) ........................................................383 19.8 L'entropie et le deuxième principe ...................................................... 385 19.9 La disponibilité de l'énergie............................................................... 386 19.10 Entropie et désordre ....................................................................... 386 19.11 La mécanique statistique.................................................................. 387 19.12 Entropie et probabilité..................................................................... 388 19.13 L'échelle de température absolue........................................................ 389 Annexes ......................................................................................395 A B C D E Unités SI...................................................................................... 395 Rappels de mathématiques................................................................ 397 Rappels de calcul différentiel et intégral ............................................... 401 Tableau périodique des éléments ........................................................ 403 Masses atomiques ........................................................................... 405 Ce document est tiré du site http://www.fsg.ulaval.ca/opus, les Outils Pédagogiques Utiles en Sciences (OPUS). © Chaire CRSNG/Alcan pour les femmes en sciences et génie au Québec BENSON. Physique I : mécanique Dernière mise à jour : 5 mai 2003 6
